Введение к работе
Актуальность темы. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) снижение отрицательного воздействия вредных веществ на здоровье людей является труднейшей экологической проблемой современности, требующей безотлагательного решения. Значительную долю среди антропогенных токсикантов составляют стойкие органические поллютанты из числа хлорсодержащих пестицидов. Являясь высоко активными биологическими соединениями пролонгированного действия, хлорсодержащие пестициды представляют реальную угрозу для здоровья населения. Актуальность этой проблемы признана многими развитыми странами, в связи с чем обращение со стойкими органическими загрязнителями (СОЗ) в настоящее время регулируют международные природоохранные соглашения, ратифицированные, в том числе Россией. Так, например, согласно Стокгольмской конвенции 12 особо опасных органических веществ - «грязная дюжина» (из которых 9 являются хлорсодержащими пестицидами) отнесены к СОЗ и запрещены для использования. Вместе с тем в настоящее время в России отсутствуют сертифицированные методы уничтожения СОЗ, а существующие методы уничтожения токсичных веществ путем сжигания, различных способов захоронения, химической, плазмохимической и биологической переработки энергоемки, дорогостоящи, не универсальны и во многих случаях экологически не безопасны. В связи с этим особую актуальность приобретает разработка экологически безопасного метода уничтожения запрещенных хлорсодержащих органических пестицидов (ЗХОП). Научная задача настоящих исследований состоит в разработке научно обоснованного технологического способа, принципиальной технологической схемы и параметров опытной установки для экологически безопасного уничтожения хлорорганических пестицидов.
Цель работы - разработка научно-обоснованного экологически безопасного способа уничтожения хлорсодержащих пестицидов в сверхкритической водной среде.
Объект исследования. Стойкие органические поллютанты из числа хлорсодержащих пестицидов.
Предмет исследования. Закономерности экологически безопасного уничтожения запрещенных пестицидов при сверхкритических параметрах воды.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы процессов и аппаратов химической технологии, современные аналитические методы (газожидкостная хроматография, тонкослойная хроматография, химическое потребление кислорода, хромато-масс-спектрометрия), методы системного анализа и математического моделирования.
Задачи исследований:
1.Мониториг запасов ЗХОП в РФ, подлежащих уничтожению, анализ их физико-химических и токсикологических свойств и способов уничтожения.
2.Разработка методологии экологически безопасного обоснованного уничтожения запрещенных к применению хлорсодержащих органических пестицидов.
3.Разработка экспериментальной лабораторной установки для исследования процессов окисления хлорсодержащих органических пестицидов в сверхкритической водной среде.
4.Исследование кинетики окисления хлорсодержащих органических пестицидов в сверхкритических водных средах при различных составах реакционных смесей и параметрах процесса.
5.Обоснование принципиальной схемы и технологических параметров опытной установки, обеспечивающей экологически безопасное уничтожение хлорорганических пестицидов.
6.Апробирование разработанного экологически-безопасного способа уничтожения ЗХОП на опытно-промышленной установке.
Научная новизна заключается в:
- установлении закономерностей окисления хлорсодержащих пестицидов в сверхкритических водных средах молекулярным кислородом, кислородом воздуха и перекисью водорода в зависимости от состава реакционных смесей и управляющих параметров процесса (давления, температуры, типа и концентрации окислителя);
- разработке методов математического моделирования основных термодинамических и кинетических параметров СКВО пестицидов и адиабатического реактора;
- разработке экологически обоснованного способа уничтожения запрещенных хлорсодержащих пестицидов в сверхкритических водных средах;
- обосновании схемы и технологических параметров установки, обеспечивающих экологически безопасное уничтожение хлорсодержащих пестицидов.
Достоверность полученных результатов и выводов обеспечивается корректным использованием аналитических методов, методов процессов и аппаратов химической технологии, математического моделирования и подтверждается сравнением результатов, полученных при разработке технологических решений и экспериментальными исследованиями на образцах штатных пестицидов.
Обоснованность выдвинутых теоретических положений определяется использованием общепринятых методов процессов и аппаратов химической технологии, аналитической химии, современного математического аппарата.
Научные положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Методология использования СКВО для уничтожения запрещенных хлорорганических пестицидов.
2. Закономерности окисления хлорорганических пестицидов в сверхкритических водных средах кислородом, воздухом и перекисью водорода в зависимости от состава реакционных смесей и управляющих параметров процесса.
3. Математическое моделирование основных термодинамических и кинетических параметров СКВО пестицидов и адиабатического реактора периодического действия, учитывающие изменение термодинамических свойств реакционной смеси в условиях СКВО.
4. Схема и технологические параметры опытной установки, обеспечивающих экологически безопасное уничтожение пестицидов.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1. Установлены закономерности окисления хлорсодержащих пестицидов в сверхкритических водных средах.
2. Разработан экологически безопасный способ уничтожения запрещенных хлорсодержащих пестицидов при сверхкритических параметрах воды.
3. Результаты исследований учтены при обосновании технологической схемы и параметров опытной установки, обеспечивающей экологически безопасное уничтожение пестицидов.
4. В ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии создана опытно-промышленная блочно-модульная установка СКВО с автоматизированной системой контроля и управления процессов обезвреживания промышленных, сельскохозяйственных и бытовых стоков. Внедрение этой разработки способствует снижению угрожающего давления антропогенных факторов стойких органических загрязнителей на окружающую среду на сельскохозяйственных предприятиях России.
Реализация результатов исследований. Основные результаты работы использованы: в научно-исследовательских и проектно-конструкторских работах ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии в 2008-2011 годах, выполненных в рамках НИОКР ГОСНИТИ в соответствии с заданиями Россельхозакадемии №№ 09.02.02.01; 09.02.02.03 в 2011 году, Государственном контракте №1891/13 от 04.12.2008 г. с Минсельхозом РФ, Государственном контракте № 02-16-05 от 11.08.2009 г. по федеральной целевой программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно – технологического комплекса России». С использованием теоретических и экспериментальных результатов, полученных в диссертационной работе, в ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии созданы опытная и опытно-промышленная установки для уничтожения пестицидов и очистки загрязненных сельскохозяйственных стоков животноводческих комплексов. Созданная установка успешно прошла полигонные испытания на полевые в г. Балахне, Нижегородской области.
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийских НТК Московского государственного агроинженерного университета им. В.П. Горячкина, Москва, 2010 г. и ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии, Москва, 2011 г.
Результаты диссертационной работы использовались в двух научно-исследовательских отчетах ГНУ ГОСНИТИ, изложены в 9 статьях научных журналов, 4 из которых опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК.
Личный вклад автора заключается в:
- определение цели и постановке задач, обосновании методов исследования;
- проведении кинетических исследований окисления хлорсодержащих органических пестицидов в сверхкритических водных средах при различных составах реакционных смесей и параметрах процесса;
- разработке принципиальной схемы и технологических параметров опытной установки, обеспечивающих экологически безопасное уничтожение хлорорганических пестицидов;
- определении основных термодинамических и кинетических параметров СКВО пестицидов.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы, приложения. Диссертационная работа изложена на 142 страницах, включая 18 таблиц и 12 рисунков. Список использованных источников содержит 104 наименования.
